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生物技术通报|浙江大学研究团队综述了酵母表面展示技术在蛋白质工程中的应用

作者:南京瑞源生物技术有限公司 浏览: 发表时间:2022-06-20 13:55:16

酵母细胞表面展示

酵母细胞表面展示技术目前已成为蛋白质工程研究的重要工具‚利用此技术可以鉴定蛋白间的相互作用、提高蛋白的亲和力和特异性、增加蛋白的稳定性和表达水平、绘制功能性抗原位图、固定化表达具有生物活性的蛋白和酶等‚此项技术的运用代表着蛋白质工程研究中的最新进展。



酵母细胞表面展示技术是近年来发展较快的一种真核蛋白表达系统其基本原理是将外源靶蛋白基因 (外源蛋白 )与特定的载体基因序列融合后导入酵母细胞利用酵母细胞内蛋白转运到膜表面的机制使靶蛋白固定化表达在酵母细胞表面‚在医药、食品、生物燃料等多个工业领域都有广泛的应用前景。目前最常见的酵母表面展示表达系统包括:凝集素展示表达和絮凝素展示表达。


蛋白质的固定化


蛋白质的固定化技术是蛋白质工程的一项重要内容通过酵母表面展示表达技术将目标蛋白或酶固定化在酵母细胞表面‚能够提高蛋白或酶的稳定性和重复利用性‚而无需对蛋白进行复杂的分离纯化。Kuroda等将酵母金属硫蛋白与 α-凝集素片段融合后展示表达在酵母细胞表面用于有毒重金属镉离子的螯合和生物吸附‚镉离子的吸附效果以及酵母工程菌对镉的耐受性依赖于展示表达蛋白的量。Shibasaki等将表面展示 ZZ-结构域酵母与含融合Fc片段的脂酶或绿色荧光蛋白的工程酵母共培养发现融合蛋白能有效地被展示在酵母表面的ZZ-结构域所亲和回收。Furukawa等利用Flo1p将链霉卵白素展示在酿酒酵母表面此蛋白显示出具有结合生物素化复合物的能力‚因此展示表达的酵母细胞可作为全细胞亲和剂广泛应用于免疫分析和生物传感研究。此外酵母表面展示抗原技术作为预防性或者治疗性疫苗也有报道。


识别蛋白相互作用


探究生物体内蛋白间相互作用是蛋白质工程的重要内容也是揭示各种疾病发生机理乃至生命现象的关键所在酵母展示技术为人们研究天然蛋白间的相互作用提供了研究平台。Bidlingmaier等通过将人 cDNA文库展示表达在酵母细胞表面利用磷酸化肽对酵母表面的蛋白库进行筛选检测到几种未曾报道的能以酪氨酸磷酸化方式与EGFR或黏着斑激酶相作用蛋白分子。研究表明利用构建在酵母表面的人蛋白库不仅可用于翻译后修饰分析还能鉴定目标靶分子以及确定与药物或小分子交叉反应的未知蛋白。



YongKuCho等最近报道了一种酵母展示荧光制备 (YDIP)技术‚利用此技术将 scFv展示在酵母细胞表面作为亲和剂用于可溶性和膜抗原的分离和鉴定。此外一些研究小组利用酵母展示技术已从免疫或非免疫的的 scFV文库中分离出能和多种目标蛋白相结合的新抗体。


改变蛋白亲和力和特异性


亲和力和特异性是蛋白的重要性质也是对诊断和治疗用蛋白作用控制的关键参数酵母表面展示技术可用于提高或者改变蛋白的亲和力和特异性。近来有研究报导了一些关于 scFV亲和力成熟的研究‚而酵母表面展示也可被用来选择性扩展或限制蛋白的结合特异性。


提高蛋白稳定性和表达水平


热稳定性和表达水平高低是衡量一种蛋白能否在实际中应用的重要指标‚蛋白的稳定性决定其储藏的效力‚而表达水平的高低则影响蛋白的生产成本。Shusta等将几种突变的单链 T细胞受体(ScTCR)与凝集素 (Aga2p)融合并在酵母表面展示表达结果显示 ScTCR突变体的热稳定性与展示表达和分泌表达水平相关‚酵母展示技术可作为定向进化工具用于突变蛋白稳定性和分泌特性的鉴定。


绘制蛋白质表位图谱


识别介导蛋白间相互作用的关键氨基酸有助于人们对生化过程理解和蛋白设计而酵母展示技术则能以系统性和大规模方式对这些关键氨基酸残基 进行鉴别。Chao等 将EGFR和一些抗 EGFR抗体的抗原构建酵母表面展示文库‚通过筛选得到了能识别氨基酸的高分辨率表位图。


展望

细胞表面展示技术已经成为蛋白质工程研究的重要工具‚利用此技术可定向改造目标蛋白同时在蛋白的分离纯化、蛋白固定化、蛋白间相互作用等方面都有广泛应用。酵母是真核生物利用酵母为宿主展示表达的各种蛋白为人们研究和操作复杂真核蛋白成为可能。尽管酵母和哺乳动物的糖基化结构有所差异发展人的细胞表面展示系统也势在必行但目前酵母系统仍然是最适合真核蛋白表达的系统对于那些糖基化差别不是很大的重要蛋白使用酵母系统表达来处理人体蛋白糖基化过程仍可作为一种替代方法。


生物技术通报|浙江大学研究团队综述了酵母表面展示技术在蛋白质工程中的应用
酵母细胞表面展示技术目前已成为蛋白质工程研究的重要工具‚利用此技术可以鉴定蛋白间的相互作用、提高蛋白的亲和力和特异性、增加蛋白的稳定性和表达水平、绘制功能性抗原位图、固定化表达具有生物活性的蛋白和酶等‚此项技术的运用代表着蛋白质工程研究中的最新进展。
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